Ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sông Hóa - Thái Bình

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sông hóa thái bình, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn

• Tác giả: Đoàn Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Hoàng
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Biến Đổi Khí Hậu
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Nước Biển Dâng Do Biến Đổi Khí Hậu Đến Xâm Nhập Mặn Sông Hóa - Thái Bình
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC EFDC PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SÔNG HÓA
• 4. ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN SÔNG HÓA THEO CÁC KỊCH BẢN NƯỚC BIỂN DÂNG
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng của nước biển dâng đến xâm nhập mặn sông Hóa Thái Bình

Nước biển dâng do biến đổi khí hậu đang trở thành một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất đối với các vùng ven biển, đặc biệt là tại tỉnh Thái Bình. Sông Hóa, một trong những con sông chính của tỉnh, đang chịu tác động mạnh mẽ từ hiện tượng này. Nghiên cứu cho thấy rằng sự gia tăng mực nước biển không chỉ ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên mà còn tác động trực tiếp đến đời sống kinh tế - xã hội của người dân địa phương. Việc hiểu rõ về mối liên hệ giữa nước biển dâng và xâm nhập mặn là rất cần thiết để có những biện pháp ứng phó kịp thời.

1.1. Tình hình biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại Thái Bình

Biến đổi khí hậu đã dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu, làm tan chảy băng ở các cực và gây ra nước biển dâng. Tại Thái Bình, mực nước biển đã tăng lên đáng kể trong những năm qua, ảnh hưởng đến các vùng cửa sông. Theo số liệu từ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, mực nước biển có thể tăng từ 50cm đến 100cm trong tương lai gần, gây ra nhiều thách thức cho các hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt của người dân.

1.2. Tác động của nước biển dâng đến xâm nhập mặn sông Hóa

Nước biển dâng làm tăng cường xâm nhập mặn vào các vùng cửa sông, đặc biệt là sông Hóa. Hiện tượng này không chỉ làm giảm chất lượng nước mà còn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trong các vụ mùa quan trọng. Các nghiên cứu cho thấy rằng xâm nhập mặn có thể làm giảm năng suất cây trồng và gây thiệt hại cho các hệ sinh thái nước ngọt.

II. Vấn đề xâm nhập mặn tại sông Hóa Thái Bình

Xâm nhập mặn là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất mà tỉnh Thái Bình đang phải đối mặt. Hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước ngọt mà còn tác động đến đời sống của người dân. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng xâm nhập mặn có thể xảy ra ở nhiều mức độ khác nhau tùy thuộc vào điều kiện thời tiết và mực nước biển. Việc đánh giá chính xác mức độ xâm nhập mặn là rất quan trọng để có những biện pháp ứng phó hiệu quả.

2.1. Nguyên nhân gây ra xâm nhập mặn tại sông Hóa

Nguyên nhân chính dẫn đến xâm nhập mặn tại sông Hóa bao gồm sự gia tăng mực nước biển và sự thay đổi trong chế độ dòng chảy của sông. Khi mực nước biển tăng, nước mặn từ biển sẽ xâm nhập vào các vùng cửa sông, làm giảm chất lượng nước ngọt. Ngoài ra, việc khai thác nước ngầm quá mức cũng góp phần làm gia tăng tình trạng xâm nhập mặn.

2.2. Hệ quả của xâm nhập mặn đến đời sống và sản xuất

Xâm nhập mặn không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân. Nhiều vùng trồng lúa và cây ăn trái đã bị thiệt hại nặng nề do độ mặn cao trong nước. Điều này dẫn đến việc giảm năng suất và chất lượng sản phẩm, ảnh hưởng đến thu nhập của người dân.

III. Phương pháp nghiên cứu xâm nhập mặn sông Hóa

Để đánh giá mức độ xâm nhập mặn tại sông Hóa, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng. Việc sử dụng mô hình thủy động lực học như EFDC giúp dự đoán chính xác mức độ xâm nhập mặn dưới tác động của nước biển dâng. Các phương pháp này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quy luật xâm nhập mặn mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước.

3.1. Mô hình EFDC trong nghiên cứu xâm nhập mặn

Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng và dự đoán xâm nhập mặn. Mô hình này cho phép đánh giá tác động của các yếu tố như mực nước biển, dòng chảy và độ mặn trong nước. Việc áp dụng mô hình này giúp các nhà nghiên cứu có cái nhìn tổng quan về tình hình xâm nhập mặn tại sông Hóa.

3.2. Phân tích số liệu và kết quả nghiên cứu

Phân tích số liệu từ các trạm quan trắc cho thấy mức độ xâm nhập mặn tại sông Hóa có sự biến động lớn theo thời gian. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng xâm nhập mặn có xu hướng gia tăng trong những năm gần đây, đặc biệt là trong mùa khô. Điều này đòi hỏi cần có các biện pháp quản lý và ứng phó kịp thời.

IV. Ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu xâm nhập mặn

Kết quả nghiên cứu về xâm nhập mặn tại sông Hóa có thể được ứng dụng trong việc quản lý tài nguyên nước và phát triển nông nghiệp bền vững. Việc dự báo chính xác mức độ xâm nhập mặn sẽ giúp người dân có kế hoạch sản xuất hợp lý, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra. Các thông tin này cũng rất quan trọng cho các nhà quản lý trong việc xây dựng các chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu.

4.1. Giải pháp quản lý tài nguyên nước

Để giảm thiểu tác động của xâm nhập mặn, cần có các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Việc xây dựng các công trình thủy lợi, hệ thống cống ngăn mặn và quy hoạch sử dụng nước hợp lý là rất cần thiết. Các giải pháp này không chỉ giúp bảo vệ nguồn nước ngọt mà còn đảm bảo an ninh lương thực cho người dân.

4.2. Đề xuất chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu

Các chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu cần được xây dựng dựa trên các kết quả nghiên cứu về xâm nhập mặn. Việc tăng cường hợp tác giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng là rất quan trọng để triển khai các biện pháp ứng phó hiệu quả. Đồng thời, cần có các chương trình giáo dục nâng cao nhận thức cho người dân về tác động của biến đổi khí hậu.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Nghiên cứu về ảnh hưởng của nước biển dâng đến xâm nhập mặn sông Hóa - Thái Bình đã chỉ ra rằng đây là một vấn đề cấp bách cần được giải quyết. Các kết quả nghiên cứu không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quy luật xâm nhập mặn mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý tài nguyên nước. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới để dự đoán và ứng phó với tình trạng xâm nhập mặn.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Việc tiếp tục nghiên cứu về xâm nhập mặn và nước biển dâng là rất cần thiết để có những giải pháp hiệu quả hơn. Các nghiên cứu này sẽ giúp nâng cao khả năng dự đoán và ứng phó với các tác động của biến đổi khí hậu, từ đó bảo vệ tài nguyên nước và đảm bảo an ninh lương thực cho người dân.

5.2. Hướng đi cho tương lai bền vững

Hướng đi cho tương lai bền vững cần phải dựa trên sự kết hợp giữa khoa học công nghệ và quản lý tài nguyên. Việc áp dụng các mô hình dự báo và công nghệ mới sẽ giúp cải thiện khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn, từ đó bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế bền vững cho tỉnh Thái Bình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu và hiện tượng nước biển dâng đang đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế ven biển tại Việt Nam, đặc biệt tại vùng đồng bằng sông Hồng. Với đặc thù địa hình bằng phẳng có độ dốc dưới 1% và cao trình phổ biến chỉ từ 1m đến 2m so với mực nước biển, tỉnh Thái Bình sở hữu mạng lưới sông ngòi dày đặc với tổng chiều dài lên tới 8.492 km và mật độ trung bình từ 5 đến 6 km/km². Tỉnh duy trì diện tích đất nông nghiệp rộng lớn khoảng 88.072 ha, hàng năm đóng góp sản lượng lương thực ổn định trên 1,1 triệu tấn lúa, giữ vai trò trọng yếu trong việc bảo đảm an ninh lương thực quốc gia.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự gia tăng xâm nhập mặn vào sâu trong nội đồng qua hệ thống sông Hóa – tuyến thủy văn dài 35,3 km giáp ranh giữa Thái Bình và Hải Phòng. Vào mùa khô, lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn suy giảm mạnh, kết hợp với chế độ nhật triều biên độ lớn và nước biển dâng, khiến ranh giới mặn tiến sâu từ 15 km đến 20 km. Hiện tượng này làm tê liệt khả năng lấy nước tự chảy tại hàng loạt cống tưới tiêu quan trọng, gây nguy cơ suy giảm tới 18,8% sản lượng lương thực toàn tỉnh.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng mô hình thủy động lực học ba chiều EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) nhằm mô phỏng, đánh giá định lượng mức độ lan truyền mặn trên sông Hóa trong điều kiện hiện trạng và dưới các kịch bản nước biển dâng 50 cm, 75 cm và 100 cm. Nghiên cứu tập trung vào không gian lưu vực sông Hóa từ thị trấn An Bài đến cửa biển Diêm Điền trong khung thời gian mùa kiệt với tần suất dòng chảy thiết kế 85%. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc cung cấp cơ sở dữ liệu dự báo chính xác diễn biến độ mặn theo thời gian và không gian, bảo vệ vùng sản xuất nông nghiệp cho hơn 1,78 triệu dân và định hướng quy hoạch tài nguyên nước bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng hai lý thuyết trụ cột: lý thuyết thủy động lực học chất lỏng phi nén ba chiều và lý thuyết khuếch tán đối lưu vật chất trong môi trường nước mặt. Về mặt động lực học, hệ thống phương trình chuyển động Navier-Stokes được giải với giả thiết xấp xỉ thủy tĩnh theo phương thẳng đứng và xấp xỉ Boussinesq đối với sự biến đổi tỷ trọng chất lỏng. Quá trình vận chuyển và lan truyền độ mặn được mô tả thông qua phương trình đạo hàm riêng bảo toàn khối lượng muối kết hợp các hệ số khuếch tán rối theo chiều ngang và chiều đứng.

Các khái niệm chính được sử dụng xuyên suốt bao gồm:

• Chế độ nhật triều: Chu kỳ triều 24 giờ 50 phút với thời gian triều lên khoảng 8 giờ và triều xuống khoảng 16 giờ, tạo biên độ dao động trung bình từ 150 cm đến 180 cm.
• Ranh giới mặn cho phép (ngưỡng 1 ppt): Hàm lượng muối tiêu chuẩn tương đương 1 g/lít, giới hạn tối đa để khai thác nước tưới cho lúa thuần nông và cấp nước sinh hoạt nông thôn.
• Module dòng chảy mùa kiệt: Chỉ số phản ánh lượng nước sinh ra từ lưu vực trong mùa khô, dao động trong khoảng 11 đến 13 l/s/km², chỉ chiếm 31% đến 36% tổng lượng dòng chảy cả năm.
• Phân tầng mật độ: Hiện tượng nước biển có tỷ trọng lớn hơn chui sâu vào đáy sông tạo thành lưỡi mặn hình nêm, trong khi nước ngọt nhẹ hơn chảy tràn lên trên bề mặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ mô hình bao gồm: chuỗi số liệu khí tượng thủy văn nhiều năm từ 11 trạm quan trắc mưa (Ba Lạt, Đa Cốc, Bến Hiệp, Quyết Chiến) với lượng mưa trung bình năm từ 1.412 mm đến 1.595 mm; số liệu mực nước giờ tại trạm hải văn Hòn Dấu; tài liệu trắc địa 45 mặt cắt địa hình thực đo lòng sông Hóa kết hợp xử lý nội suy bổ sung cứ mỗi 100 m bằng công cụ thủy lực HEC-RAS.

Về phương pháp phân tích, tác giả lựa chọn phần mềm mô hình số EFDC tích hợp phương pháp sai phân hữu hạn chính xác bậc hai. Không gian tính toán được rời rạc hóa thành hệ thống lưới cong trực giao gồm 2.673 ô phần tử và 7 lớp sigma chia đều theo chiều sâu thẳng đứng. Cỡ mẫu tính toán đảm bảo bao quát toàn bộ 35,3 km chiều dài sông Hóa từ cầu Nghìn đến cửa biển. Điều kiện biên thượng lưu tiếp nhận 3,5% lưu lượng dòng chảy sông Hồng tại Hà Nội ứng với tần suất dòng chảy kiệt P=85% (lưu lượng từ 5.450 m³/s đến 7.330 m³/s), biên hạ lưu áp đặt dao động triều thực đo năm 2010 và năm 2013.

Lý do lựa chọn mô hình 3D EFDC thay vì các mô hình 1D truyền thống là do sông Hóa có sự uốn khúc phức tạp và chịu ảnh hưởng sâu sắc của hiện tượng phân tầng mật độ nước mặn - ngọt tại vùng cửa sông. Thuật toán phân tách chế độ chuyển động trong và ngoài của EFDC giúp kiểm soát cân bằng thể tích và bảo toàn khối lượng tuyệt đối, mang lại độ tin cậy vượt trội trong việc xác định chính xác thời điểm và vị trí xuất hiện lưỡi mặn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô hình hóa số liệu thủy động lực học và lan truyền mặn trên sông Hóa đem lại 4 phát hiện quan trọng:

1. Hiện trạng xâm nhập mặn mùa kiệt: Tại mực nước biển trung bình hiện tại (1,93 m tại Hòn Dấu), lưỡi mặn với nồng độ 1 ppt lấn sâu vào sông Hóa tối đa khoảng 17,5 km tính từ cửa biển trong các đợt triều cường tháng 1 đến tháng 3. Khu vực cống Hệ nằm cách cửa sông hơn 26 km hầu như được an toàn với độ mặn luôn duy trì dưới 1 ppt trong suốt 98% thời gian mùa khô.

2. Tác động ở kịch bản nước biển dâng 50 cm: Mực nước biển dâng lên cao trình 2,43 m khiến tỷ lệ diện tích đất tự nhiên thấp hơn mực nước biển toàn tỉnh Thái Bình tăng từ 34,64% (534,32 km²) lên 50,10% (772,89 km²). Ranh giới độ mặn 1 ppt trên sông Hóa bị đẩy sâu thêm 3,5 km về phía thượng lưu, làm giảm 28,4% thời gian có thể lấy nước ngọt tự chảy tại các cống thuộc huyện Thái Thụy.

3. Tác động ở kịch bản nước biển dâng 75 cm và 100 cm: Khi nước biển dâng 100 cm (cao trình 2,93 m), có tới 65,23% diện tích toàn tỉnh (tương đương 1.006,17 km²) nằm dưới mực nước biển trung bình. Huyện Thái Thụy và Tiền Hải chịu rủi ro ngập nặng nhất với tỷ lệ lần lượt là 82,58% (212,06 km²) và 81,45% (184,16 km²). Ranh giới mặn 1 ppt vượt qua cống Hệ và tiến sát khu vực cầu Nghìn (sâu hơn 32 km), khiến thời gian có nước ngọt tại cống Hệ giảm mạnh trên 55% trong các tháng 1, 2 và 3.

4. Sự hình thành chênh lệch mặn theo phương đứng: Nồng độ muối ở tầng đáy luôn cao hơn tầng mặt từ 0,8 ppt đến 2,2 ppt tùy thuộc vào cường độ dòng triều, chứng minh tính phân tầng rõ rệt của quá trình xâm nhập mặn vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng mặn ăn sâu là do sự mất cân bằng giữa áp lực triều biển và lưu lượng đẩy của sông. Vào mùa khô, tổng lượng dòng chảy sông chỉ chiếm khoảng 31% cả năm, trong khi xu thế mực nước đỉnh triều thực tế tại vùng biển ven bờ đo được mức tăng từ 0,2 cm đến 0,6 cm mỗi năm. Khi mực nước biển dâng, độ sâu cột nước tăng làm giảm ma sát đáy, tạo điều kiện cho sóng triều mặn truyền sâu hơn và nhanh hơn vào nội đồng.

So sánh với các nghiên cứu tại vùng đồng bằng sông Cửu Long (nơi diện tích nhiễm mặn trên 4 ppt dự báo chiếm từ 41% đến 47% diện tích), mức độ nhiễm mặn trên sông Hóa tuy có nồng độ đỉnh thấp hơn nhưng lại chịu tính chất nhật triều biên độ cao (lên tới 270 cm), gây khó khăn lớn cho việc canh giờ mở cống lấy nước ngọt.

Toàn bộ kết quả diễn biến mặn được biểu diễn trực quan thông qua bản đồ dải phổ màu nồng độ muối từ 0,1 ppt đến 30 ppt tại các thời điểm triều xung yếu và biểu đồ phân bố thời gian xuất hiện nồng độ muối dưới 1 ppt theo từng tháng mùa kiệt. Bảng so sánh % thời gian có nước ngọt giữa các kịch bản giúp định lượng rõ mức độ suy giảm nguồn nước phục vụ tưới tiêu tại từng vị trí công trình cống cụ thể.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phân tích định lượng từ mô hình EFDC, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và phi công trình cụ thể:

1. Nâng cấp và hiện đại hóa hệ thống công trình cống ngăn mặn: Tiến hành gia cố, lắp đặt cửa van tự động đóng mở theo triều và nồng độ mặn tại hệ thống cống phân lưu như cống Hệ, cống Thuyền Quan, cống Dực Dương và cống Sa Lung. Mục tiêu đảm bảo tự động ngắt dòng khi nồng độ mặn vượt quá 1 ppt, bảo vệ trọn vẹn diện tích 82.678 ha lúa của tỉnh. Kế hoạch triển khai do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Thái Bình chủ trì thực hiện trong giai đoạn 2024–2027.

2. Thiết lập mạng lưới quan trắc và cảnh báo tự động chất lượng nước: Xây dựng 5 trạm quan trắc độ mặn và mực nước tự động truyền dữ liệu theo thời gian thực (real-time) từ cửa Diêm Điền dọc theo sông Hóa lên đến cầu Nghìn. Hệ thống này giúp cung cấp thông tin dự báo trước từ 24 đến 48 giờ để các hợp tác xã nông nghiệp chủ động thời điểm mở cống lấy nước ngọt. Đơn vị thực hiện là Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh trong năm 2025.

3. Điều tiết xả nước từ các hồ chứa thủy điện thượng nguồn: Xây dựng quy trình phối hợp liên tỉnh để điều tiết xả nước đẩy mặn từ hồ thủy điện Hòa Bình và hồ Tuyên Quang vào hệ thống sông Hồng trong các kỳ triều cường chính vụ Đông Xuân (tháng 1 đến tháng 3). Target metric là duy trì lưu lượng tối thiểu đạt 3,5% tại điểm đầu sông Hóa nhằm duy trì ranh giới mặn 1 ppt ở hạ lưu cống Hệ ít nhất 8 km.

4. Tái cơ cấu mùa vụ và chuyển đổi mô hình sinh kế nông nghiệp: Chuyển đổi khoảng 15.000 ha đất canh tác lúa kém hiệu quả thường xuyên bị thiếu nước ngọt tại các xã ven biển huyện Thái Thụy và Tiền Hải sang mô hình kinh tế lúa - rươi kết hợp hoặc nuôi trồng thủy sản nước lợ có giá trị kinh tế cao. Lộ trình thực hiện do UBND tỉnh Thái Bình chỉ đạo hoàn thành trước năm 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho 4 nhóm đối tượng:

1. Cơ quan quản lý Nhà nước và cơ quan hoạch định chính sách: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh Thái Bình và Hải Phòng. Giá trị mang lại là căn cứ khoa học chuẩn xác để lập quy hoạch phân vùng tài nguyên nước mặt, xây dựng kịch bản hành động ứng phó biến đổi khí hậu cấp tỉnh và quản lý mạng lưới 8.492 km sông ngòi liên tỉnh.

2. Các công ty khai thác công trình thủy lợi: Đơn vị quản lý hệ thống thủy nông Bắc Thái Bình và Nam Thái Bình. Sử dụng tập bản đồ phân bố mặn và biểu đồ thời gian mặn dưới 1 ppt để lập lịch vận hành đóng mở cống hợp lý, tránh hoàn toàn rủi ro lấy nhầm nước mặn gây cháy lá và chết lúa vụ xuân.

3. Nhà nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học: Các chuyên gia trong lĩnh vực Thủy văn, Môi trường, Biến đổi khí hậu và Kỹ thuật tài nguyên nước. Luận văn cung cấp case study hoàn chỉnh về quy trình thiết lập lưới cong 2.673 ô, kỹ thuật nội suy HEC-RAS 100 m và cài đặt điều kiện biên cho mô hình 3D EFDC.

4. Doanh nghiệp cấp nước sinh hoạt và sản xuất công nghiệp: Các công ty nước sạch hoạt động trên địa bàn huyện Quỳnh Phụ, Thái Thụy. Luận văn hỗ trợ xác định tọa độ đặt các trạm thu nước mặt thô ổn định dài hạn, phòng ngừa nguy cơ nước nguồn bị nhiễm mặn trong bối cảnh nước biển dâng.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình EFDC có điểm gì vượt trội so với các mô hình 1D trong việc mô phỏng sông Hóa? Mô hình EFDC tích hợp tính toán 3 chiều với 7 lớp sigma theo phương đứng, cho phép mô tả chân thực hiện tượng phân tầng mật độ nước ngọt và mặn ở vùng cửa sông ven biển. Các mô hình 1D chỉ tính toán giá trị trung bình mặt cắt ngang nên thường bỏ qua chênh lệch độ mặn tầng đáy (vốn cao hơn từ 0,8 ppt đến 2,2 ppt), dẫn đến đánh giá sai thời điểm xâm nhập mặn.

Tại sao nghiên cứu lại chọn mốc nồng độ muối 1 ppt làm ranh giới đánh giá chính? Nồng độ muối 1 ppt (tương đương 1 g/lít) là tiêu chuẩn kỹ thuật thủy lợi quốc gia cho phép lấy nước phục vụ tưới tiêu lúa thuần và cấp nước sinh hoạt nông thôn. Nếu độ mặn vượt quá 1 ppt, việc tưới tiêu kéo dài sẽ gây ngộ độc mặn, làm suy giảm nghiêm trọng năng suất của hơn 82.000 ha đất trồng lúa tại tỉnh Thái Bình.

Khi nước biển dâng 100 cm, địa phương nào tại Thái Bình chịu tác động nặng nề nhất? Theo kết quả mô hình số độ cao, huyện Thái Thụy và Tiền Hải chịu rủi ro lớn nhất với diện tích đất nằm thấp hơn mực nước biển lần lượt là 82,58% (212,06 km²) và 81,45% (184,16 km²). Trên sông Hóa, toàn bộ hệ thống lấy nước phục vụ nông nghiệp của Thái Thụy sẽ bị nhiễm mặn trong hầu hết thời gian mùa khô.

Nước biển dâng ảnh hưởng như thế nào đến chế độ dòng chảy mùa kiệt của sông Hóa? Nước biển dâng làm nâng cao mực nước biên hạ lưu (đỉnh triều dâng thêm từ 50 cm đến 100 cm), trong khi dòng chảy thượng nguồn mùa kiệt chỉ đạt module 11 đến 13 l/s/km². Sự chênh lệch gradient thủy lực này làm gia tăng thời gian triều mặn truyền ngược dòng, đẩy lưỡi mặn tiến sâu thêm từ 3,5 km đến hơn 14 km so với hiện trạng.

Tài liệu khảo sát thực địa nào đã được dùng để hiệu chỉnh độ tin cậy của mô hình? Mô hình EFDC được hiệu chỉnh dựa trên số liệu quan trắc độ mặn thực tế ngày 20/03/2010 tại trạm Hồng Quỳnh trên sông Hóa cùng chuỗi đo mực nước giờ năm 2010 và năm 2013 tại Hòn Dấu. Kết quả so sánh giữa đường cong tính toán mô hình và số liệu thực đo cho thấy hệ số tương quan cao, khẳng định độ tin cậy tuyệt đối của phương pháp.

Kết luận

Nghiên cứu về ảnh hưởng của nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến xâm nhập mặn sông Hóa đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đề ra với những đóng góp nổi bật:

• Xây dựng thành công bộ công cụ mô hình số 3 chiều EFDC với 2.673 ô lưới cong trực giao và 7 tầng sigma, mô phỏng chính xác cơ chế thủy động lực và lan truyền mặn trên 35,3 km sông Hóa.
• Định lượng rõ nét tác động của các kịch bản nước biển dâng: ở mức dâng 100 cm, diện tích đất thấp hơn mực nước biển toàn tỉnh Thái Bình lên tới 65,23% (1.006,17 km²), ranh giới mặn 1 ppt lấn sâu qua cống Hệ tới gần cầu Nghìn.
• Cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng về tỷ lệ suy giảm thời gian lấy nước ngọt tự chảy tại từng công trình cống xung yếu trong các tháng mùa khô cao điểm (tháng 1 đến tháng 4).
• Đề xuất hệ thống giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ, từ nâng cấp cống tự động, lập 5 trạm quan trắc tự động đến chuyển đổi 15.000 ha cơ cấu cây trồng thích ứng trước năm 2030.
• Mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về việc liên kết mô hình sông - biển tổng thể và đánh giá quá trình nhiễm mặn tầng chứa nước dưới đất dọc dải ven biển Bắc Bộ.

Các cơ quan quản lý, đơn vị vận hành thủy nông và nhà khoa học quan tâm đến quy trình mô hình hóa EFDC chi tiết có thể liên hệ và khai thác toàn văn tài liệu luận văn để ứng dụng vào công tác thực tiễn ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu trong và ngoài nước: 1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Các công trình nghiên cứu quy mô toàn cầu về hiện tượng biến đổi khí hậu đã được các nhà khoa học nổi tiếng trên thế giới tiến hành từ đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước. Sự nóng lên của trái đất làm cho băng tuyết của các dãy Himalaya, vùng Nam Cực, Bắc Cực và các khu vực có băng tuyết khác tan chảy.

Ngày 11/5/2008 tại cuộc họp của các Bộ trưởng khối G8 gồm Anh, Canada, Pháp, Đức, Italia, Nhật Bản, Nga và Mỹ diễn ra tại thành phố cảng Niigata (Nhật Bản), vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu đã được chọn làm chủ đề chính trong chương trình. Tại Hội nghị thượng đỉnh G8 diễn ra tại Hokkaido (Nhật Bản) từ ngày 7 đến 9/7/2008, các nước công nghiệp phát triển đã thỏa thuận đầu tư hơn 10 tỉ USD cho hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ chống nguy cơ nóng lên toàn cầu. Theo đó, những cuộc nghiên cứu chôn khí CO2 vào lòng đất được các nhà khoa học trên thế giới chính thức thông qua. Cũng tại hội nghị G8 nói trên, mục tiêu giảm thiểu khí nhà kính được đặt ra cho từng quốc gia từ năm 2013.

Chính vì vậy việc xây dựng một "Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với BĐKH và nước biển dâng" là vấn đề hết sức cấp thiết, mà các quốc gia, trong đó có Việt Nam phải chung tay ứng phó. Trong các nghiên cứu của IPCC, UNDP về các kịch bản BĐKH thì hệ thống các mô hình toán khí động học khí quyển, mô hình thủy động lực học cho các đại dương được xây dựng và sử dụng để đánh giá định lượng tác động của BĐKH đến khí hậu toàn cầu, mực nước các đại dương trên thế giới. Với từng vùng lãnh thổ, từng quốc gia trên cơ sở các kịch bản BĐKH toàn cầu sẽ có các nghiên cứu chi tiết đánh giá tác động của BĐKH đến từng yếu tố khí tượng (nhiệt độ, mưa, độ ẩm, bốc hơi…), điều kiện thủy văn, hải văn (dòng chảy trong sông, dao động triều, biến đổi mực nước biển). Mô hình toán được sử dụng trong trường hợp này thường là mô hình thủy động lực học HEC (Mỹ), SOBEK (Hà Lan), MIKE (Đan Mạch), ISIS (Anh).2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước: Theo kết quả đánh giá sơ bộ của Viện Quy hoạch Thủy lợi về tác động của biến đổi khí hậu đến lưu vực sông Hồng, Thái Bình cho thấy, biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ tác động mạnh mẽ đến toàn bộ hệ thống lưu vực sông Hồng – Thái Bình.

Cụ thể đối với cấp nước: Hệ thống cống bị mặn như Ngô Đồng, Nguyệt Lâm, Lịch Bài, Thái Học trên sông Hồng, Thuyền Quang, Dục Dương, Sa Lung, Ngữ trên sông Trà Lý, Hệ trên sông Hoá, Đồng Câu, Mới, Rỗ trên sông Văn Úc, Hệ, Ba, Đồng, Lý Xã, Cao Nội trên sông Thái Bình, Cống Thốp trên sông Ninh Cơ. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Một số công trình khoa học liên quan đến xâm nhập mặn ở Việt Nam như: Nghiên cứu, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới tỉnh Thái Bình, đề xuất các giải pháp thích ứng, giảm thiểu thiệt hại. Các kết quả của đề tài có hàm lượng khoa học cao được thể hiện qua sự phân tích đánh giá định lượng các tài liệu đã thu thập cùng các yếu tố tác động để xây dựng ra các mô hình tính toán phù hợp, có các phân tích đánh giá khoa học để xác định mô hình phù hợp (mô hình xâm nhập mặn nước mặn 3 chiều bằng phần mềm của Cục môi trường Mỹ). Nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trầm tích đệ tứ vùng Nam Định.

Luận án đã góp phần làm sáng tỏ quá trình hình thành, nguồn gốc và nguồn bổ cập cho thấu kính nước nhạt. Xác định cơ chế xâm nhập mặn và vai trò của các cơ chế trong quá trình xâm nhập mặn. Tác giả đã thiết lập được các phương trình tương quan giữa các thông số Địa chất thủy văn với thông số địa vật lý và đồng vị, là cơ sở áp dụng cho vùng nghiên cứu và các vùng có điều kiện địa chất thủy văn tương tự. Luận án đã xác định được hiện trạng phân bố mặn - nhạt nước dưới đất, đánh giá và dự báo diễn biến xâm nhập mặn ở vùng nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể là tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý, quy hoạch tài nguyên nước, các nhà hoạch định chính sách và các nhà khoa học nhằm phục vụ khai thác và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước dưới đất quý giá này. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu – nước biển dâng đến tình hình xâm nhập mặn dải ven biển đồng bằng Bắc Bộ. Đề tài ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng tính toán dòng chảy kiệt và xâm nhập mặn vùng nghiên cứu. Kết quả tính toán từ mô hình cho biết tình hình diễn biến mực nước, lưu lượng và xâm nhập mặn dọc theo các sông.

Kết quả này cho thấy trong tương lại độ mặn tại các cửa cống lấy nước ven sông sẽ vượt quá giới hạn cho phép, không thể lấy nước tưới phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Điều này cho thấy mức độ căng thẳng về nguồn nước ngày càng tăng và sự cấp thiết phải tìm ra các giải pháp công trình và phi công trình để cải thiện việc cấp nước trong mùa kiệt trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định nguyên nhân, đề xuất giải pháp ứng phó với xâm nhập mặn trong điều kiện BĐKH ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Đề tài đã nghiên cứu xâm nhập mặn vào các sông do BĐKH và NBD.

Việc đánh giá ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến sử dụng đất ở ĐBSCL được thực hiện thông qua chổng lớp bản đồ đường ranh giới độ mặn l‰, 4‰ với bản đổ sử dụng đất hiện tại và tương lai. Trong 30 năm tới, diện tích đất lớn nhất có thể bị ảnh hưởng bởi độ mặn lớn hơn 4‰ khoảng 1.200 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ha, chiếm 41% diện tích toàn đồng bằng sông Cửu Long, tăng 255.100 ha so với thời kỳ nền năm 1991-2000; diện tích chịu ảnh hưởng của độ mặn lớn hơn 1‰ khoảng 2.100 ha, chiếm 59% diện tích tự nhiên, tăng 193. Trong 50 năm tới, diện tích đất lớn nhất có thể bị ảnh hưởng bởi độ mặn lớn hơn 4‰ khoảng 1.200 ha, chiếm 47% diện tích toàn đồng bằng sông Cửu Long, tăng 439.200 ha so với thời kỳ nền năm 1991-2000; diện tích chịu ảnh hưởng của độ mặn lớn hơn 1‰ khoảng 2.100 ha, chiếm 64% diện tích tự nhiên, tăng 456. Gần 4/5 diện tích vùng Bán đảo Cà Mau bị ảnh hưởng mặn (ngoại trừ phần diện tích Tây sông Hậu).

Toàn bộ diện tích các dự án Gò Công, Bảo Định, Bắc Bến Tre, Mỏ Cày, Nam Măng Thít, Tiếp Nhật, bị nhiễm mặn. Ngoài các thành phố/thị xã Bên Lức, Tán An, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Rạch Giá, Hà Tiên vốn đã bị ảnh hưởng mặn sẽ thêm Mỹ Tho, Vĩnh Long và Cần Thơ bị ảnh hưởng do nước mặn xâm nhập sâu hơn. Áp dụng mô hình MIKE 11, nghiên cứu mô phỏng diễn biến thủy văn, thủy lực và xâm nhập mặn hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai, đồng thời đề xuất lưu lượng xả cần thiết từ hồ Dầu Tiếng xuống hạ lưu sông Sài Gòn. (Đề tài do nhóm tác giả đến từ ĐH Khoa học tự nhiên, ĐH Bách Khoa, Viện Môi trường và Tài Nguyên thuộc Đại học Quốc gia TP.HCM; Viện Nước và Công nghệ Môi trường TP.HCM và Công ty TNHH MTV Nước và Môi trường Bình Minh thực hiện).

Đề tài sử dụng phần mềm MIKE 11 là phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển. Các tài liệu tính toán dùng cho mô hình được cập nhật từ đề tài KC08 18/06-10 năm 2010 của Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam; Trên cơ sở bộ dữ liệu, kết hợp với phương pháp thống kê, bản đồ và công nghệ GIS, nghiên cứu đã thiết lập mô hình dự báo diễn biến xâm nhập mặn hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai dưới tác động của biến đổi khí hậu đến năm 2050. Kết quả dự báo cho thấy, tác động của biến đổi khí hậu chủ yếu làm mực nước dềnh lên cao, mặn xâm nhập sâu vào trong theo các ngưỡng chưa đến 2 km. Qua phân tích, phương án kiểm soát mặn khả thi trong tương lai là điều tiết xả đẩy mặn từ công trình Dầu Tiếng.

Từ đó, nghiên cứu cũng đề xuất các mức xả cần thiết tương ứng với từng kịch bản biến đổi khí hậu. Kết quả nghiên cứu giúp hỗ trợ kiểm soát tình hình xâm nhập mặn nhằm khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên nước cho mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội. Tổng quan khu vực nghiên cứu Thái Bình là một tỉnh ven biển, thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng, nằm trong vùng ảnh hưởng trực tiếp của tam giác tăng trưởng kinh tế Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh. + Phía bắc giáp tỉnh Hưng Yên, tỉnh Hải Dương và Thành phố Hải Phòng.

11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] + Phía Tây và Tây Nam giáp tỉnh Nam Định và Hà Nam. + Phía đông giáp vịnh Bắc Bộ. Toàn tỉnh gồm có 8 huyện, thành phố, thị xã là: Hưng Hà, Đông Hưng, Quỳnh Phụ, Thái Thụy, thị xã Tiền Hải, Kiến Xương, Vũ Thư và thành phố Thái Bình với tổng số 284 xã, phường, thị trấn. Tổng diện tích đất tự nhiên của toàn tỉnh là 1567,4 km2 chiếm 0,5% diện tích đất đai của cả nước; dân số khoảng 17863,3 nghìn người; mật độ dân số 1140 người/km2 (Tổng cục Thống kê, 2011)[7]; giới hạn xung quanh tỉnh là sông và biển, địa hình bị chia cắt làm hai bởi sông Trà Lý.

Vị trí địa lý tỉnh Thái Bình [7] 1. Điều kiện kinh tế xã hội 1. Dân số Năm 2010, Thái Bình có 1.800 người với mật độ dân số 1.195 người/km² [7]. Tỉ lệ tăng dân số tự nhiên là 0.

Dân số đô thị của tỉnh 146 nghìn người, bình quân tăng 7,02%/năm, tỷ lệ đô thị hóa mới đạt 7,89%, chỉ bằng 33,3% vùng đồng bằng sông Hồng (23,8%) và 30% của cả nước (26,3%). 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Dân cư nông thôn trung bình 2000 người/thôn, phân bố phân tán chia cắt mạnh với mật độ 0,5 thôn/Km2. Mật độ dân cư ở trong các thôn trung bình 5.403 người/Km2 (vượt ngưỡng của đô thị loại V).